第一节 化学反应与能量变化（举一反三专项训练，广东专用）【上好课】化学人教版必修第二册

第一节 化学反应与能量变化 题型01 放热反应与吸热反应的判断 题型02 化学反应过程中能量变化的原因分析 题型03 化学过程中能量变化的简单计算 题型04 原电池工作的原理 题型05 原电池原理的应用 题型06 化学电池 题型01 放热反应与吸热反应的判断 1．放热反应与吸热反应的定义 （1）放热反应：释放热量的化学反应。 （2）吸热反应：吸收热量的化学反应。 2．常见的放热反应与吸热反应的定义 3． “三个不一定” 需加热才能发生的反应不一定是吸热反应，如碳和氧气的反应；放热反应常温下不一定容易发生，如乙醇燃烧；吸热反应也不一定需要加热，如Ba(OH)2·8H2O晶体和NH4Cl晶体的反应。 4． 吸热反应和放热反应都是化学变化 如NaOH固体溶于水是放热过程，但不是放热反应；如升华、蒸发等是吸热过程，但不是吸热反应。 5． 物质稳定性的判断 物质具有的能量越低，断开其中的化学键需要的能量越多，该物质越稳定；物质具有的能量越高，断开其中的化学键需要的能量越少，该物质越不稳定。 【典例1】（24-25高一下·广东汕头·期末）下列关于化学反应与能量变化的说法不正确的是 A．化学反应一定伴随着能量变化 B．NaHCO3与盐酸的反应属于放热反应 C．Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应属于吸热反应 D．化学变化中的能量变化主要是由化学键的断裂和形成引起的 【答案】B 【解析】A．化学反应的本质是化学键的断裂与形成，必然伴随能量变化，A正确； B．NaHCO3与盐酸反应属于吸热反应，B错误； C．该反应需吸收热量（如温度降低），是典型的吸热反应，C正确； D．化学键变化是能量变化的主因，D正确； 故选B。 【变式1-1】（24-25高一下·广东惠州·期末）水煤气变换是重要的化工过程，反应为：，可作为该反应的催化剂，反应物和生成物的相对能量如图所示。下列说法不正确的是 A．该反应是放热反应 B．的电子式为 C．使用，反应体系更快达到平衡 D．反应过程中有极性键断裂和非极性键形成 【答案】B 【分析】如图所示该反应的反应物能量高于生成物能量，因此该反应为放热反应，一般催化剂能加快反应速率，据此分析作答； 【解析】A．据分析，该反应的反应物能量高于生成物能量，因此该反应为放热反应，故A正确； B．二氧化碳分子中碳原子与两个氧原子分别共用2对电子，每个氧原子还有2对孤对电子，因此的电子式为，故B错误； C．作为该反应的催化剂可以加快反应速率，因此使用可以使反应体系更快达到平衡，故C正确； D．反应过程中断裂C-O、H-O都属于极性键，形成C=O(极性键)、H-H（非极性键），因此反应过程中有极性键断裂和极性键、非极性键形成，故D正确； 故答案为：B。 【变式1-2】（24-25高一下·广东·期末）碘单质与氢气化合为碘化氢，反应过程与能量关系如下图，下列说法不正确的是 A．稳定性： B．分解生成和是吸热反应 C．具有的能量低于和所具有的总能量 D．与化合生成，需要吸收的能量 【答案】B 【解析】A．物质能量越低越稳定，由图可知，1mol I2(g)的能量高于1mol I2(s)的能量，所以稳定性，A正确； B．由图可知，1mol I2(s)和1mol H2(g)的能量低于2mol HI(g)的能量，生成HI(g)为吸热反应，所以HI(g)分解生成I2(s)和H2(g)是放热反应，B错误； C．由图可知，2mol HI(g)具有的能量低于1mol I2(g)和1mol H2(g)所具有的总能量，C正确； D．由图可知，1mol I2(s)和1mol H2(g)反应生成2mol HI(g)能量升高，能量变化为17kJ - 12kJ=5kJ，吸收5kJ的能量，D正确； 故选B。 【变式1-3】（24-25高一下·广东广州·期中）化学反应的能量变化如图所示。下列有关叙述正确的是 A．形成1mol A-A键和lmol B-B键，放出a kJ能量 B．使用催化剂可降低反应物和生成物的总能量，从而加快反应速率 C．lmol A与lmol B生成，吸收b/2kJ热量 D．该反应为吸热反应，且AB最稳定 【答案】A 【解析】A．由图可知，1molA2(g)和1molB2(g)断裂化学键（形成2molA和2molB）吸收akJ能量，即断裂1molA-A键和1molB-B键吸收akJ能量， 则形成1mol A-A键和lmol B-B键，放出a kJ能量，A正确； B．催化剂降低反应的活化能，不改变反应物和生成物的总能量，B错误； C．由图可知， 2mol A与2molB生成2molAB(g)，放出bkJ热量，则1molA与1molB生成1molAB(g)，放出热量，C错误； D．反应物总能量低于生成物总能量，反应为吸热反应；能量越低越稳定，AB能量高于反应物，不是最稳定，D错误； 故选A。 题型02 化学反应过程中能量变化的原因分析 1．宏观角度：从反应物、生成物总能量角度解释化学反应中的能量变化 放热反应 吸热反应 反应物总能量>生成物总能量，为放热反应；反应物总能量<生成物总能量，为吸热反应 2．微观角度：从化学键角度解释化学反应中的能量变化 用Q(吸)表示反应物化学键断裂时吸收的总能量，Q(放)表示生成物化学键形成时放出的总能量。 Q(吸)>Q(放)，为吸热反应 ；Q(吸)<Q(放)，为放热反应 【典例2】（24-25高一下·广东佛山·期中）利用太阳光在催化剂表面实现高效分解液态水，主要过程如图所示。下列说法错误的是 A．过程I有H-O键断裂并吸收能量 B．过程Ⅱ有O-O键和H-H键的形成并放出能量 C．整个过程中既有极性键的断裂，又有非极性键的形成 D．的总能量大于和的总能量 【答案】D 【解析】A．根据催化基元转化流程，过程I是，有键的断裂并吸收能量，A正确； B．过程Ⅱ为，有O-O键和H-H键的形成并放出能量，B正确； C．根据过程I和过程Ⅱ，在整个过程中既有极性键的断裂，又有非极性键的形成，C正确； D．该过程中需要吸收太阳能才能实现转化，即需要吸收能量，则的总能量小于和的总能量，D错误； 故答案为：D。 【变式2-1】（24-25高一下·广东清远·期中）汽车尾气中含有NO。利用固体表面催化工艺进行NO分解的反应过程可用下图表示： 下列说法错误的是 A．NO和都属于共价化合物 B．催化剂能改变NO的分解速率 C．过程②吸收能量，过程③释放能量 D．上述过程的总化学方程式为 【答案】A 【解析】A．为非金属单质，不属于共价化合物，A错误； B．催化剂可以加快NO分解的速率，B正确； C．过程②是破坏化学键的过程，吸收能量；过程③是形成化学键的过程，释放能量，C正确； D．上述过程的反应物是NO，生成物是氮气和氧气，总化学方程式为，D正确； 故选A。 【变式2-2】（24-25高一下·广东惠州·期中）已知化学反应的能量变化如图所示，下列叙述中正确的是 A．该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量 B．的过程中有非极性键的断裂和形成 C．和反应生成吸收的热量为 D．反应过程中，能量变化仅取决于化学键的断裂与形成，与物质状态无关 【答案】C 【解析】A．由图可知该反应中反应物的总能量低于生成物的总能量，A错误； B．的过程中有A2和B2中的非极性键的断裂，的过程中有AB中的极性键的形成，即的过程中有非极性键的断裂，没有非极性键的形成，B错误； C．和的总能量比总能量低，故和反应生成吸收的热量为，C正确； D．同一物质不同状态时能量不同，断开同一物质不同状态下的化学键或形成化学键所吸收或放出的能量也不同，故反应过程中，能量变化既与化学键的断裂与形成有关，又与物质状态有关，D错误； 答案选C。 【变式2-3】（24-25高一下·广东深圳·期中）物质变化过程中常伴随有能量变化，某化学反应的能量变化曲线如图所示，下列说法正确的是 A．该反应属于放热反应 B．该反应中1molA2的能量一定低于1molAB的能量 C．该反应生成2 mol AB时，吸收(a- b)kJ能量 D．断裂1molA-A和1 molB-B时放出a kJ能量 【答案】C 【分析】由图可知。1molA2(g)+1molB2(g)所具有的能量低于2molAB(g)所具有的能量。因此A2(g)+B2(g)→2AB(g)为吸热反应。据此解答。 【解析】A．由分析可知，A2(g)+B2(g)→2AB(g)为吸热反应。A项错误； B．由图无法得出反应中1molA2的能量与1molAB的能量大小关系，B项错误； C．根据图像可知每生成2molAB(g)时吸收(a-b)kJ能量，C项正确； D．化学键断裂要吸收能量，由图可知，断裂1molA-A键和1molB-B键时吸收akJ能量，D项错误； 答案选C。 题型03 化学过程中能量变化的简单计算 1．宏观角度：从反应物、生成物总能量角度计算 公式：化学反应能量变化(ΔE)＝生成物总能量－反应物总能量 ΔE>0，为吸热反应；ΔE<0，为放热反应 2．微观角度：从化学键角度计算 用Q(吸)表示反应物化学键断裂时吸收的总能量，Q(放)表示生成物化学键形成时放出的总能量。 公式：ΔQ＝Q(吸)－Q(放)＝反应物总键能－生成物总键能 ΔQ>0，为吸热反应；ΔQ<0，为放热反应 注意：应用公式计算化学反应中的能量变化时，不仅要注意反应中的各物质的物质的量，还要注意1 mol物质中化学键的物质的量，如1 mol H2O中含有2 mol H—O键，1 mol H2O2中含有2 mol H—O键和1 mol O—O键。 【典例3】（24-25高一下·广东广州·期中）下图表示和反应生成过程中的能量变化，下列说法正确的是 A．1mol 和反应放出的热量是180kJ B．1mol 和具有的总能量小于2mol 具有的能量 C．通常情况下，和混合能直接生成 D．该反应的能量变化与物质的组成无关 【答案】B 【解析】A．由图可知，+=2NO(g) =498kJ/mol+946kJ/mol -2×632kJ/mol=+180 kJ/mol，则1mol 和反应吸收的热量是180kJ，A错误； B．由A可知，+=2NO(g)是吸热反应，1mol 和具有的总能量小于2mol 具有的能量，B正确； C．N2(g)和O2(g)在高温或放电条件下才能反应生成NO(g)，C错误； D．由图可知，该反应的能量变化与N2(g)、O2(g)、NO(g)的组成和物质的量有关，D错误； 故选B。 【变式3-1】（24-25高一下·广东惠州·期中）和在一定条件下能发生反应：，生成2molHCl(g)反应放出热量183kJ，下图为与在一定条件下反应生成的HCl(g)微观示意图    注：示意图中的能量表示断裂或形成1mol共价键吸收或放出的热量，a大于零。 下列说法正确的是 A．通过计算可知示意图中a=431 B．反应物的总能量低于生成物的总能量 C．该反应历程中既有极性键的断裂，也有非极性键的形成 D．断开1molH-H键和1molCl-Cl键所需的总能量大于形成2molH-Cl键所需的总能量 【答案】A 【解析】A．根据化学反应能量的变化等于断裂化学键吸收的能量减去形成化学键放出的能量a= ，A正确； B．由题意知该反应是放热反应，所以反应物的总能量高于生成物的总能量，B错误； C．该反应历程中有非极性键的断裂和极性键的形成，C错误； D．由题意知该反应是放热反应，所以断开1molH-H键和1molCl-Cl键所需的总能量小于形成2molH-Cl键所需的总能量，D错误； 故选A。 【变式3-2】（24-25高一下·广东深圳·期中）多相催化反应是在催化剂表面通过吸附、解吸过程进行的。我国学者发现T℃时(各物质均为气态)，甲醇(CH3OH)与水在铜基催化剂上生成CO2的反应机理和能量图如图： 下列说法正确的是 A．反应I中存在非极性键的断裂与形成 B．1 mol CH3OH(g)和1 mol H2O(g)的总能量小于1 mol CO2(g)和3 mol H2(g)的总能量 C．反应I的进行一定需要加热或点燃 D．CO(g)在反应中生成又消耗，CO(g)可认为是催化剂 【答案】B 【解析】A．反应I中存在C-H、O-H极性键的断裂与H-H非极性键的形成，A错误； B．该总反应是吸热反应，1 mol CH3OH(g)和1 mol H2O(g)的总能量小于1 mol CO2(g)和3 mol H2(g)的总能量，B正确； C．反应I是吸热反应，但与反应条件是否加热或点燃无关，C错误； D．CO(g)属于中间产物，不是催化剂，D错误； 故选B。 【变式3-3】反应N2(g)+O2(g)=2NO(g)的能量变化如图所示    已知：断开1molN2(g)中化学键需吸收946kJ能量，断开1molO2(g)中化学键需吸收498kJ能量。下列说法正确的是 A．N2和O2的总能量一定高于NO的总能量 B．2NO(g)=N2(g)+O2(g)，该反应为吸热反应 C．形成1molNO(g)中化学键可释放632kJ能量 D．生成1molNO(g)放出90kJ能量 【答案】C 【解析】A．由图可知，N2和O2的总能量低于NO的总能量，故A错误； B．由图可知，N2(g)+O2(g) =2NO(g)为吸热反应，则2NO(g)=N2(g)+O2(g)为放热反应，故B错误； C．形成1molNO(g)中化学键可释放的能量为，故C正确； D．由图可知每生成2molNO吸收180KJ热量，故生成1molNO吸收90KJ热量，D错误。 答案为C。 题型04 原电池工作的原理 1．原电池的概念：把化学能转化为电能的装置。 2．原电池的构成条件（“两极一液一线一反应”） 3．原电池工作原理的思维模型 ①电子的移动方向：从负极流出，经导线流向正极。 ②离子的移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。 注意：电子只能在导线中定向移动，离子只能在电解质溶液或熔融电解质中定向移动。(简记为：电子不下水，离子不上岸) 4．原电池正、负极的判断 （1）根据电极材料判断 一般来讲，活动性较强的金属为负极，活动性较弱的金属或能导电的非金属为正极。但也要注意电解质溶液的性质。如： ①镁、铝用导线连接插入稀硫酸中，镁作负极，铝作正极；若电解质是氢氧化钠，则镁作正极，铝作负极。 ②铜、铝(或铁)用导线连接插入稀硫酸中，铝(或铁)作负极，铜作正极；若插入浓硝酸中，铝(或铁)作正极，铜作负极。 （2）根据电流方向或电子流动方向来判断 在外电路(导线)中，电流由正极流向负极，电子由负极流向正极。 （3）根据反应类型判断 原电池的负极总是发生氧化反应，正极总是发生还原反应。简称“负氧正还”。 （4）根据现象判断 一般来说，溶解的一极为负极，增重或不变或有气体放出的一极为正极。 （5）对于燃料电池而言，电极为惰性材料(Pt、C)，电极本身不反应，只起传导电子的作用，故可根据向两极通入的气体成分来判断正负极。燃料电池的负极通入的一定是可燃性气体(还原剂)，正极通入的一定是助燃性气体(氧化剂一般为O2)。 【典例4】（24-25高一下·广东佛山·期末）“科学素养，从小培养”，一款深受孩子喜爱的“盐水小汽车”的结构和原理如图所示。下列说法正确的是 A．Mg片做电池的正极 B．空气中的氧气得到电子 C．化学能可直接转化为动能 D．溶液中的向石墨片移动 【答案】B 【分析】镁为活泼金属，失去电子作为负极，石墨为正极，据此分析解答。 【解析】A．镁为活泼金属，做电池的负极，失去电子发生氧化反应，A错误； B．溶解在食盐水中的氧气在石墨电极得到电子，发生还原反应，B正确； C．原电池将化学能转化为电能，小汽车将电能通过发动机转化为动能，C错误； D．溶液中的阴离子向原电池中负极镁片移动，D错误； 故选B。 【变式4-1】原电池原理的发现和各种电池装置的发明，改变了人们的生活方式。下列关于如图所示装置的叙述，错误的是    A．能将化学能转化为电能 B．锌片逐渐溶解 C．铜片做正极，正极上发生还原反应 D．溶液中的移向锌片 【答案】D 【解析】A．Zn比Cu活泼，硫酸为电解质，构成闭合回路，且Zn与稀硫酸发生Zn+2H+=Zn2++H2↑，该装置构成原电池装置，是将化学能转化成电能，故A说法正确； B．根据A选项分析，Zn为负极，电极反应式为Zn-2e-=Zn2+，锌片逐渐溶解，故B说法正确； C．根据A选项分析，Cu为正极，根据原电池工作原理，正极上得到电子，发生还原反应，故C说法正确； D．根据原电池工作原理，H+向正极移动，即向Cu片移动，故D说法错误； 答案为D。 【变式4-2】下列装置能构成原电池的是 A．   B．   C．   D．   【答案】C 【解析】A．没有形成闭合电路，不能构成原电池，故不选A； B．两个电极相同，不能形成电势差，不能构成原电池，故不选B； C．铁与稀硫酸发生氧化还原反应，有两个活泼性不同的电极，硫酸做电解质溶液，形成闭合电路，构成原电池，铁为负极，故选C； D．乙醇的非电解质，不能形成闭合电路，不能构成原电池，故不选D； 选C。 【变式4-3】原电池的构成需要一定的条件。下列装置可以构成原电池的是 A． B． C． D． 【答案】C 【解析】A．两个电极相同，则此装置不能构成原电池，故A不符合题意； B．烧杯中的蔗糖溶液不是电解质，不能和电极反应，不能构成原电池，故B不符合题意； C．锌和硫酸铜溶液反应是氧化还原反应，形成回路，有两种活泼性不同的电极，此装置能构成原电池，故C符合题意； D．此装置不能形成回路，则此装置不能构成原电池，故D不符合题意； 答案C。 题型05 原电池原理的应用 1．加快氧化还原反应的速率 （1）原理：在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中的粒子运动时相互间的干扰减小，使反应速率增大。 （2）应用：实验室用Zn和稀H2SO4(或稀盐酸)反应制H2，常用粗锌，它产生H2的速率快。原因是粗锌中的杂质和锌、稀H2SO4(或稀盐酸)形成原电池，加快了锌的反应，使产生H2的速率加快。 2．比较金属的活动性强弱 （1）原理：原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。 （2）应用：有两种金属A和B，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生，由原电池原理可知，金属活动性A>B。 3．用于保护金属 （1）原理：使被保护的金属制品与比其活泼的金属相连接，作原电池正极而得到保护。 （2）应用：在大海中航行的轮船，钢制船壳上常镶嵌一定量的锌块，锌块与钢铁外壳形成原电池，锌作负极，铁作正极被保护。 4．设计原电池 (以Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu为例) 材料选择 电极反应式 装置 负极：Fe 正极：Cu或C等(活泼性比Fe差的金属或导电的石墨棒均可) 电解质溶液：CuSO4溶液 负极：Fe－2e－===Fe2＋ 正极：Cu2＋＋2e－===Cu 【典例5】（24-25高一下·广东汕头·期末）某原电池总反应为Cu＋2Fe3＋Cu2＋＋2Fe2＋，下列能实现该反应的原电池是 A B C D 电极材料 Cu、Zn Cu、Fe Cu、C Fe、Zn 电解质溶液 FeCl3 FeSO4 Fe(NO3)3 Fe2(SO4)3 A．A B．B C．C D．D 【答案】C 【分析】反应中铜为还原剂，铁离子为氧化剂，设计原电池时铜做负极，铁盐溶液为电解质溶液，正极材料活性比铜弱的金属单质或石墨电极。 【解析】A．电极材料为Cu、Zn，Zn比Cu活泼，Zn作负极被氧化，总反应中Cu未被氧化，A不符合题意； B．电解质为FeSO4，不含Fe3+，无法发生Fe3+的还原反应，B不符合题意； C．电极材料为Cu、C，Cu作负极被氧化，C为正极，电解质Fe(NO3)3含Fe3+，Fe3+在正极被还原，C符合题意； D．电极材料为Fe、Zn，Zn作负极被氧化，总反应中无Zn参与，D不符合题意； 故选C。 【变式5-1】（24-25高一下·广东云浮·期中）实验探究是提高学习效果的有力手段。某同学用如图所示装置研究原电池原理。下列说法错误的是 A．若图1中的下端接触，可观察到片上有无色气泡产生 B．图2中向片移动 C．图1中气泡产生速度比图2快 D．图3中正极的电极反应式为 【答案】C 【解析】A．Zn、Cu直接接触就能构成闭合回路而形成原电池，稀硫酸作电解质溶液，锌为负极、铜为正极，正极上氢离子得到电子生成氢气，所以Cu上可看到有气体产生，故A正确； B．氢离子带正电荷，向正极移动，即向Cu移动，故B正确； C．图1没有形成原电池、图2形成原电池，图1中气泡产生速度比图2慢，故C错误； D．图3中正极的电极反应为铜离子得到电子发生还原反应得到铜，，故D正确； 故选C。 【变式5-2】下列组合中，不能使装置中的电流表指针出现偏转的是 选项 a b 试剂X 装置图 A C 溶液 B 蔗糖溶液 C 溶液 D 醋酸溶液 A．A B．B C．C D．D 【答案】B 【分析】电流表指针不能发生偏转，说明不能构成原电池； 【解析】A．铜、石墨是不同的电极，溶液与铜的反应是自发的氧化还原反应，能形成闭合回路，可以形成原电池，有电流产生，故不选A； B．蔗糖是非电解质，蔗糖溶液不导电，不能形成闭合回路，不能构成原电池，电流表指针不能发生偏转，故选B； C．镁、铝是不同的电极，氢氧化钠溶液与铝的反应是自发的氧化还原反应，能形成闭合回路，可以形成原电池，有电流产生，故不选C； D．铜、锌是不同的电极，醋酸溶液与锌的反应是自发的氧化还原反应，能形成闭合回路，可以形成原电池，有电流产生，故不选D； 选B。 【变式5-3】一个原电池的总反应的离子方程式是：Zn+Cu2+=Zn2++Cu，该反应的原电池的正确组成是 正极 负极 电解质溶液 A Zn Cu CuCl2 B Zn Cu ZnCl2 C Cu Zn CuSO4 D Cu Zn ZnSO4 A．A B．B C．C D．D 【答案】C 【解析】根据反应：Zn+Cu2+=Zn2++Cu知，锌失电子，发生氧化反应，作原电池的负极，电极反应式为Zn-2e-==Zn2+；铜离子得电子发生还原反应，在原电池的正极发生反应，电极反应式为Cu2++2e-==Cu，电解质溶液中含有铜离子；故答案选C。 题型06 化学电池 1．锌锰干电池 （1） 结构：锌锰干电池是以锌筒作负极，石墨棒作正极，在石墨棒周围填充糊状的MnO2和NH4Cl作电解质溶液。 （2） 原理：锌锰干电池属于一次电池，放电之后不能充电(内部的氧化还原反应无法逆向进行)。负极发生的电极反应为 Zn－2e－===Zn2＋ ，正极发生的电极反应为2MnO2＋2NH4+＋2e－===Mn2O3＋2NH3↑＋H2O。 2．充电电池 （1）充电电池属于二次电池。有些充电电池在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，生成物重新转化为反应物，使充电、放电可在一定时间内循环进行。 （2）常见充电电池：铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等。 3．燃料电池 （1）燃料电池是通过燃料与氧化剂在两个电极上发生氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的装置。如氢氧燃料电池、CH4燃料电池、CH3OH燃料电池等。 （2）燃料电池与火力发电相比，能量转化率高。与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供。 【典例6】（24-25高一下·广东惠州·期末）近年来，随着可穿戴电子产品的普及，柔性固态锌-空气电池获得了广泛关注。该电池结构和其电压与电解质溶液浓度关系图如下，金属Zn电极发生反应生成。下列说法不正确的是 A．空气电极为该电池的正极 B．Zn表面发生的电极反应为 C．一定条件下，增大KOH溶液的浓度可以增强该电池的放电效果 D．空气电极使用紧实致密的碳棒比疏松多孔的碳棒放电效果更好 【答案】D 【分析】该原电池总反应为，金属Zn为电池负极发生，空气电极为电池正极发生，据此分析作答； 【解析】A．据分析，该原电池中Zn作负极，空气电极作正极，故A正确； B．据分析，金属锌为电池负极发生氧化反应：，故B正确； C．由图可知，在一定范围内随着KOH溶液浓度的增大，电池的电压增大，因此一定条件下，增大KOH溶液的浓度可以增强该电池的放电效果，故C正确； D．空气电极疏松多孔可以增大电极与空气的接触面积更有利于氧气得电子，因此疏松多孔的碳棒放电效果更好，故D错误； 故答案为：D。 【变式6-1】（24-25高一下·广东深圳·期中）纸电池为轻型、高效的新型能源存储带来希望之光。一种碱性纸电池的薄层纸片两面分别附着锌和二氧化锰，电池总反应为： Zn + 2MnO2 + 2H2O = Zn(OH)2 + 2MnO(OH)。下列有关说法错误的是 A．MnO2作正极，发生还原反应 B．工作时，电流由MnO2沿外电路流向Zn再通过内电路流回MnO2 C．MnO2作正极材料，电极反应式为MnO2+ e- +H2O = MnO(OH) + OH- D．外电路每转移2 mol电子，负极材料质量减小65 g 【答案】D 【分析】由电池总反应可知，Zn的化合价升高，发生氧化反应，Zn作负极；MnO2中Mn的化合价降低，发生还原反应，MnO2作正极。 【解析】A．由上述分析可知A正确； B．原电池中，电流从正极流出沿外电路流向负极，再通过内电路流回正极，B正确； C．由上述分析可知MnO2作正极，并得到电子发生还原反应生成MnO(OH)，电极反应式为MnO2+ e- +H2O = MnO(OH) + OH-，C正确； D．依题可知负极的电极反应为Zn-2e-+2OH-= Zn(OH)2，故外电路每转移2mol电子，负极增加2mol OH-，故负极材料质量增加34g，D错误； 故答案选D。 【变式6-2】锂－空气电池放电时反应为2Li+O2＝Li2O2，某锂－空气电池的构造原理图如图。下列说法正确的是 A．锂作为该电池的正极 B．电子从含催化剂的多孔电极流向锂 C．可选用稀硫酸作为电解液 D．多孔材料可增大催化剂和空气的接触面积 【答案】D 【分析】根据该空气电池放电时的化学方程式可知Li的化合价升高，O的化合价降低，根据原电池的工作原理可知锂为负极，含催化剂的多孔电极为正极。 【解析】A．由分析可知，锂是该电池的负极，A错误； B．根据原电池的电子流向可知，电子从负极流向正极，所以电子从锂流向含催化剂的多孔电极，B错误； C．稀硫酸会和Li、Li2O2反应，故不能使用稀硫酸，C错误； D．由于材料多孔，表面积增大，与空气接触的面积增大，D正确； 故选D。 【变式6-3】电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量，其工作原理如图所示，NH3被氧化为常见无毒物质。下列说法错误的是 A．溶液中K+向电极b移动 B．负载通过0.6mol电子时，有4.48L (标况)NH3被氧化 C．反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为4：3 D．正极的反应式为：O2+4e-+2H2O=4OH-，故电池工作一段时间后，电解质液溶液的pH升高 【答案】D 【分析】NH3被氧化为常见无毒物质，应生成氮气，a电极通入氨气生成氮气，失电子被氧化，所以a为原电池负极，则b为正极，氧气得电子被还原。 【解析】A．原电池中阳离子向正极移动，所以溶液中K+向电极b移动，A正确； B．根据题意NH3被氧化为N2，N元素化合价升高3价，所以负载通过0.6mol电子时，有0.2molNH3被氧化，标况下体积为0.2mol×22.4L/mol=4.48L，B正确； C．反应中N元素化合价升高3价，1mol氨气失去3mol电子，1mol氧气得到4mol电子，根据得失电子守恒，消耗NH3与O2的物质的量之比为4：3，C正确； D．负极NH3被氧化为N2，正极O2碱性环境中被还原为OH-，则电池的总反应为4NH3+3O2＝2N2+6H2O，水增加，则氢氧根的浓度减小，电解液的pH下降，D错误； 综上所述答案为D。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第一节 化学反应与能量变化 题型01 放热反应与吸热反应的判断 题型02 化学反应过程中能量变化的原因分析 题型03 化学过程中能量变化的简单计算 题型04 原电池工作的原理 题型05 原电池原理的应用 题型06 化学电池 题型01 放热反应与吸热反应的判断 1．放热反应与吸热反应的定义 （1）放热反应：_____热量的化学反应。 （2）吸热反应：_____热量的化学反应。 2．常见的放热反应与吸热反应的定义 3． “三个不一定” 需加热才能发生的反应不一定是_____反应，如碳和氧气的反应；放热反应常温下不一定容易发生，如乙醇燃烧；吸热反应也不一定需要加热，如Ba(OH)2·8H2O晶体和NH4Cl晶体的反应。 4． 吸热反应和放热反应都是化学变化 如NaOH固体溶于水是放热过程，但不是放热反应；如升华、蒸发等是吸热过程，但不是吸热反应。 5． 物质稳定性的判断 物质具有的能量_____，断开其中的化学键需要的能量越多，该物质越_____；物质具有的能量_____，断开其中的化学键需要的能量越少，该物质越_____。 【典例1】（24-25高一下·广东汕头·期末）下列关于化学反应与能量变化的说法不正确的是 A．化学反应一定伴随着能量变化 B．NaHCO3与盐酸的反应属于放热反应 C．Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应属于吸热反应 D．化学变化中的能量变化主要是由化学键的断裂和形成引起的 【变式1-1】（24-25高一下·广东惠州·期末）水煤气变换是重要的化工过程，反应为：，可作为该反应的催化剂，反应物和生成物的相对能量如图所示。下列说法不正确的是 A．该反应是放热反应 B．的电子式为 C．使用，反应体系更快达到平衡 D．反应过程中有极性键断裂和非极性键形成 【变式1-2】（24-25高一下·广东·期末）碘单质与氢气化合为碘化氢，反应过程与能量关系如下图，下列说法不正确的是 A．稳定性： B．分解生成和是吸热反应 C．具有的能量低于和所具有的总能量 D．与化合生成，需要吸收的能量 【变式1-3】（24-25高一下·广东广州·期中）化学反应的能量变化如图所示。下列有关叙述正确的是 A．形成1mol A-A键和lmol B-B键，放出a kJ能量 B．使用催化剂可降低反应物和生成物的总能量，从而加快反应速率 C．lmol A与lmol B生成，吸收b/2kJ热量 D．该反应为吸热反应，且AB最稳定 题型02 化学反应过程中能量变化的原因分析 1．宏观角度：从反应物、生成物总能量角度解释化学反应中的能量变化 放热反应 吸热反应 反应物总能量>生成物总能量，为_____反应；反应物总能量<生成物总能量，为_____反应 2．微观角度：从化学键角度解释化学反应中的能量变化 用Q(吸)表示反应物化学键断裂时吸收的总能量，Q(放)表示生成物化学键形成时放出的总能量。 Q(吸)>Q(放)，为_____反应 ；Q(吸)<Q(放)，为_____反应 【典例2】（24-25高一下·广东佛山·期中）利用太阳光在催化剂表面实现高效分解液态水，主要过程如图所示。下列说法错误的是 A．过程I有H-O键断裂并吸收能量 B．过程Ⅱ有O-O键和H-H键的形成并放出能量 C．整个过程中既有极性键的断裂，又有非极性键的形成 D．的总能量大于和的总能量 【变式2-1】（24-25高一下·广东清远·期中）汽车尾气中含有NO。利用固体表面催化工艺进行NO分解的反应过程可用下图表示： 下列说法错误的是 A．NO和都属于共价化合物 B．催化剂能改变NO的分解速率 C．过程②吸收能量，过程③释放能量 D．上述过程的总化学方程式为 【变式2-2】（24-25高一下·广东惠州·期中）已知化学反应的能量变化如图所示，下列叙述中正确的是 A．该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量 B．的过程中有非极性键的断裂和形成 C．和反应生成吸收的热量为 D．反应过程中，能量变化仅取决于化学键的断裂与形成，与物质状态无关 【变式2-3】（24-25高一下·广东深圳·期中）物质变化过程中常伴随有能量变化，某化学反应的能量变化曲线如图所示，下列说法正确的是 A．该反应属于放热反应 B．该反应中1molA2的能量一定低于1molAB的能量 C．该反应生成2 mol AB时，吸收(a- b)kJ能量 D．断裂1molA-A和1 molB-B时放出a kJ能量 题型03 化学过程中能量变化的简单计算 1．宏观角度：从反应物、生成物总能量角度计算 公式：化学反应能量变化(ΔE)＝_____总能量－_____总能量 ΔE>0，为吸热反应；ΔE<0，为放热反应 2．微观角度：从化学键角度计算 用Q(吸)表示反应物化学键断裂时吸收的总能量，Q(放)表示生成物化学键形成时放出的总能量。 公式：ΔQ＝Q(吸)－Q(放)＝_____总键能－_____总键能 ΔQ>0，为吸热反应；ΔQ<0，为放热反应 注意：应用公式计算化学反应中的能量变化时，不仅要注意反应中的各物质的物质的量，还要注意1 mol物质中化学键的物质的量，如1 mol H2O中含有2 mol H—O键，1 mol H2O2中含有2 mol H—O键和1 mol O—O键。 【典例3】（24-25高一下·广东广州·期中）下图表示和反应生成过程中的能量变化，下列说法正确的是 A．1mol 和反应放出的热量是180kJ B．1mol 和具有的总能量小于2mol 具有的能量 C．通常情况下，和混合能直接生成 D．该反应的能量变化与物质的组成无关 【变式3-1】（24-25高一下·广东惠州·期中）和在一定条件下能发生反应：，生成2molHCl(g)反应放出热量183kJ，下图为与在一定条件下反应生成的HCl(g)微观示意图    注：示意图中的能量表示断裂或形成1mol共价键吸收或放出的热量，a大于零。 下列说法正确的是 A．通过计算可知示意图中a=431 B．反应物的总能量低于生成物的总能量 C．该反应历程中既有极性键的断裂，也有非极性键的形成 D．断开1molH-H键和1molCl-Cl键所需的总能量大于形成2molH-Cl键所需的总能量 【变式3-2】（24-25高一下·广东深圳·期中）多相催化反应是在催化剂表面通过吸附、解吸过程进行的。我国学者发现T℃时(各物质均为气态)，甲醇(CH3OH)与水在铜基催化剂上生成CO2的反应机理和能量图如图： 下列说法正确的是 A．反应I中存在非极性键的断裂与形成 B．1 mol CH3OH(g)和1 mol H2O(g)的总能量小于1 mol CO2(g)和3 mol H2(g)的总能量 C．反应I的进行一定需要加热或点燃 D．CO(g)在反应中生成又消耗，CO(g)可认为是催化剂 【变式3-3】反应N2(g)+O2(g)=2NO(g)的能量变化如图所示    已知：断开1molN2(g)中化学键需吸收946kJ能量，断开1molO2(g)中化学键需吸收498kJ能量。下列说法正确的是 A．N2和O2的总能量一定高于NO的总能量 B．2NO(g)=N2(g)+O2(g)，该反应为吸热反应 C．形成1molNO(g)中化学键可释放632kJ能量 D．生成1molNO(g)放出90kJ能量 题型04 原电池工作的原理 1．原电池的概念：把_____能转化为_____能的装置。 2．原电池的构成条件（“两极一液一线一反应”） 3．原电池工作原理的思维模型 ①电子的移动方向：从负极流出，经导线流向正极。 ②离子的移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。 注意：电子只能在导线中定向移动，离子只能在电解质溶液或熔融电解质中定向移动。(简记为：电子不下水，离子不上岸) 4．原电池正、负极的判断 (1)根据电极材料判断 一般来讲，活动性较强的金属为_____极，活动性较弱的金属或能导电的非金属为_____极。但也要注意电解质溶液的性质。如： ①镁、铝用导线连接插入稀硫酸中，镁作负极，铝作正极；若电解质是氢氧化钠，则镁作正极，铝作负极。 ②铜、铝(或铁)用导线连接插入稀硫酸中，铝(或铁)作负极，铜作正极；若插入浓硝酸中，铝(或铁)作正极，铜作负极。 (2)根据电流方向或电子流动方向来判断 在外电路(导线)中，电流由正极流向_____极，电子由负极流向_____极。 (3)根据反应类型判断 原电池的负极总是发生_____反应，正极总是发生_____反应。简称“负氧正还”。 (4)根据现象判断 一般来说，溶解的一极为_____极，增重或不变或有气体放出的一极为_____极。 (5)对于燃料电池而言，电极为惰性材料(Pt、C)，电极本身不反应，只起传导电子的作用，故可根据向两极通入的气体成分来判断正负极。燃料电池的_____极通入的一定是可燃性气体(还原剂)，_____极通入的一定是助燃性气体(氧化剂一般为O2)。 【典例4】（24-25高一下·广东佛山·期末）“科学素养，从小培养”，一款深受孩子喜爱的“盐水小汽车”的结构和原理如图所示。下列说法正确的是 A．Mg片做电池的正极 B．空气中的氧气得到电子 C．化学能可直接转化为动能 D．溶液中的向石墨片移动 【变式4-1】原电池原理的发现和各种电池装置的发明，改变了人们的生活方式。下列关于如图所示装置的叙述，错误的是    A．能将化学能转化为电能 B．锌片逐渐溶解 C．铜片做正极，正极上发生还原反应 D．溶液中的移向锌片 【变式4-2】下列装置能构成原电池的是 A．   B．   C．   D．   【变式4-3】原电池的构成需要一定的条件。下列装置可以构成原电池的是 A． B． C． D． 题型05 原电池原理的应用 1．加快氧化还原反应的速率 (1)原理：在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中的粒子运动时相互间的干扰减小，使反应速率增大。 (2)应用：实验室用Zn和稀H2SO4(或稀盐酸)反应制H2，常用粗锌，它产生H2的速率快。原因是粗锌中的杂质和锌、稀H2SO4(或稀盐酸)形成原电池，加快了锌的反应，使产生H2的速率加快。 2．比较金属的活动性强弱 (1)原理：原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。 (2)应用：有两种金属A和B，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生，由原电池原理可知，金属活动性A>B。 3．用于保护金属 (1)原理：使被保护的金属制品与比其活泼的金属相连接，作原电池正极而得到保护。 (2)应用：在大海中航行的轮船，钢制船壳上常镶嵌一定量的锌块，锌块与钢铁外壳形成原电池，锌作负极，铁作正极被保护。 4．设计原电池 (以Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu为例) 材料选择 电极反应式 装置 负极：Fe 正极：Cu或C等(活泼性比Fe差的金属或导电的石墨棒均可) 电解质溶液：CuSO4溶液 负极：Fe－2e－===Fe2＋ 正极：Cu2＋＋2e－===Cu 【典例5】（24-25高一下·广东汕头·期末）某原电池总反应为Cu＋2Fe3＋Cu2＋＋2Fe2＋，下列能实现该反应的原电池是 A B C D 电极材料 Cu、Zn Cu、Fe Cu、C Fe、Zn 电解质溶液 FeCl3 FeSO4 Fe(NO3)3 Fe2(SO4)3 A．A B．B C．C D．D 【变式5-1】（24-25高一下·广东云浮·期中）实验探究是提高学习效果的有力手段。某同学用如图所示装置研究原电池原理。下列说法错误的是 A．若图1中的下端接触，可观察到片上有无色气泡产生 B．图2中向片移动 C．图1中气泡产生速度比图2快 D．图3中正极的电极反应式为 【变式5-2】下列组合中，不能使装置中的电流表指针出现偏转的是 选项 a b 试剂X 装置图 A C 溶液 B 蔗糖溶液 C 溶液 D 醋酸溶液 A．A B．B C．C D．D 【变式5-3】一个原电池的总反应的离子方程式是：Zn+Cu2+=Zn2++Cu，该反应的原电池的正确组成是 正极 负极 电解质溶液 A Zn Cu CuCl2 B Zn Cu ZnCl2 C Cu Zn CuSO4 D Cu Zn ZnSO4 A．A B．B C．C D．D 题型06 化学电池 1．锌锰干电池 （1） 结构：锌锰干电池是以锌筒作_____极，石墨棒作_____极，在石墨棒周围填充糊状的MnO2和NH4Cl作电解质溶液。 （2） 原理：锌锰干电池属于_____电池，放电之后不能充电(内部的氧化还原反应无法逆向进行)。负极发生的电极反应为 Zn－2e－===Zn2＋ ，正极发生的电极反应为2MnO2＋2NH4+＋2e－===Mn2O3＋2NH3↑＋H2O。 2．充电电池 （1）充电电池属于二次电池。有些充电电池在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，生成物重新转化为反应物，使充电、放电可在一定时间内循环进行。 （2）常见充电电池：铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等。 3．燃料电池 (1)燃料电池是通过燃料与氧化剂在两个电极上发生氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的装置。如氢氧燃料电池、CH4燃料电池、CH3OH燃料电池等。 (2)燃料电池与火力发电相比，能量转化率高。与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供。 【典例6】（24-25高一下·广东惠州·期末）近年来，随着可穿戴电子产品的普及，柔性固态锌-空气电池获得了广泛关注。该电池结构和其电压与电解质溶液浓度关系图如下，金属Zn电极发生反应生成。下列说法不正确的是 A．空气电极为该电池的正极 B．Zn表面发生的电极反应为 C．一定条件下，增大KOH溶液的浓度可以增强该电池的放电效果 D．空气电极使用紧实致密的碳棒比疏松多孔的碳棒放电效果更好 【变式6-1】（24-25高一下·广东深圳·期中）纸电池为轻型、高效的新型能源存储带来希望之光。一种碱性纸电池的薄层纸片两面分别附着锌和二氧化锰，电池总反应为： Zn + 2MnO2 + 2H2O = Zn(OH)2 + 2MnO(OH)。下列有关说法错误的是 A．MnO2作正极，发生还原反应 B．工作时，电流由MnO2沿外电路流向Zn再通过内电路流回MnO2 C．MnO2作正极材料，电极反应式为MnO2+ e- +H2O = MnO(OH) + OH- D．外电路每转移2 mol电子，负极材料质量减小65 g 【变式6-2】锂－空气电池放电时反应为2Li+O2＝Li2O2，某锂－空气电池的构造原理图如图。下列说法正确的是 A．锂作为该电池的正极 B．电子从含催化剂的多孔电极流向锂 C．可选用稀硫酸作为电解液 D．多孔材料可增大催化剂和空气的接触面积 【变式6-3】电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量，其工作原理如图所示，NH3被氧化为常见无毒物质。下列说法错误的是 A．溶液中K+向电极b移动 B．负载通过0.6mol电子时，有4.48L (标况)NH3被氧化 C．反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为4：3 D．正极的反应式为：O2+4e-+2H2O=4OH-，故电池工作一段时间后，电解质液溶液的pH升高 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $